DM : Étude cinétique de la dismutation de l'eau oxygénée corrigé

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1 Chimie Chapitre les facteurs ciétiques d ue réactio Date : DM : Étude ciétique de la dismutatio de l'eau oxygéée corrigé L'eau oxygéée commerciale est ue solutio aqueuse de peroxyde d'hydrogèe utilisée comme désifectat pour des plaies, pour l'etretie des letilles de cotact ou comme aget de blachimet Le peroxyde d'hydrogèe ( O iterviet das deux couples oxydat-réducteur : O (aq / O (l et O (g / O (aq Le peroxyde d'hydrogèe est capable das certaies coditios de réagir sur lui-même c'est à dire de se dismuter selo l'équatio de réactio suivate : O (aq O (l + O (g Cette réactio est lete à température ordiaire et lorsque l eau oxygéée est coservée das u flaco hermétique et opaque Partie : Étude de la réactio de dismutatio Doer la défiitio d u oxydat U oxydat est ue espèce capable de capter u ou plusieurs électros Écrire les deux demi-équatios d'oxydoréductio des deux couples auxquels le peroxyde d'hydrogèe appartiet Pour chaque demi-équatio, préciser si le peroxyde d'hydrogèe est l oxydat ou le réducteur du couple O (aq / O (l O (aq + + (aq + e - O (l ici le peroxyde d hydrogèe est l oxydat du couple O (g / O (aq O (g + + (aq + e - O (aq ici le peroxyde d hydrogèe est le réducteur du couple 3 Réaliser u tableau d'avacemet du système chimique, e otat ( O la quatité de matière iitiale de peroxyde d'hydrogèe Pourquoi doit-o barrer la coloe correspodat à O das le tableau? Réactif Produits Etat du système A l état fial, le peroxyde d hydrogèe est limitat (c est la seul réactif f ( O f ( O ( O - max max Avacemet (e ( O O (aq Mol de O O (l + O (g Mol de O Mol de O Etat iitial ( O Au cours de la trasformatio ( O - Etat fial max max ( O Partie : Détermiatio de la cocetratio iitiale de la solutio de peroxyde d'hydrogèe : L'eau oxygéée du commerce se présete e flacos opaques afi d'éviter que la lumière favorise la trasformatio chimique précédete Le flaco utilisé das cette étude porte la metio suivate : eau oxygéée à volumes Cette idicatio est appelée le titre de l'eau oxygéée Par défiitio, le titre est le volume de dioxygèe (exprimé e litres libéré par u litre de solutio aqueuse de peroxyde d'hydrogèe suivat la réactio de dismutatio (vue ci-dessus das les coditios ormales de température et de pressio (p p atm,3 5 Pa et θ, C O cosidérera, e première approximatio, que les coditios de l'expériece sot assimilables aux coditios ormales Calcul de la valeur attedue de la cocetratio e peroxyde d'hydrogèe Par défiitio du titre de l'eau oxygéée, quel volume de dioxygèe (O serait libéré par u volume, L de la solutio commerciale au cours de la réactio de dismutatio du peroxyde d'hydrogèe? Par défiitio, le volume de dioxygèe (O libéré par u volume, L de solutio est : (O L Attetio : (O a chiffres sigificatifs, car le titre e a : «eau oxygéée à volumes» Calculer la quatité de dioxygèe formé au cours de cette trasformatio ous ferez ce calcul e utilisat l équatio des gaz parfaits

2 D après l équatio des gaz parfaits : p ( O ( O R θ + 73,5, , K Avec 5 Attetio : a ue décimale, car das ue additio ce que l o pred e compte ce est pas le ombre de CS mais le ombre de décimales Et (O L -3 m 3 AN p ( O ( O R 5,3 ( O 8,3 93, ( O 4, 3 3 La trasformatio précédete état cosidérée comme totale, vérifier que la cocetratio e peroxyde d'hydrogèe otée [ O ] th de cette solutio commerciale a pour valeur : [ O ] 8,4 - L - O a vu das la partie que AN ( O ( O ( O 4, ( O 8,4 ( O ( O max Or le volume de la solutio cosidérée est, L AN [ O ] [ O ] [ O ] ( O 8,4, 8,4 L Partie 3 : Étude ciétique de la dismutatio du peroxyde d'hydrogèe La dismutatio du peroxyde d'hydrogèe est ue réactio lete mais qui peut être accélérée e utilisat par exemple des ios fer III (Fe 3+ (aq présets das ue solutio de chlorure de fer III, u fil de platie ou de la catalase, ezyme se trouvat das le sag L'équatio de la réactio associée à cette trasformatio est toujours : O (aq O (l + O (g O se propose d étudier la ciétique de cette réactio Pour suivre l évolutio de cette trasformatio, o dilue ue solutio commerciale S afi d obteir u volume 5 ml d ue solutio S d eau oxygéée dix fois mois cocetrée que S O verse, ml de la solutio S das u ballo À l istat de date t s où l o décleche le chroomètre, o ajoute, sas variatio de volume, ue poite de spatule de chlorure de fer III das la solutio et o bouche le ballo Pour suivre l évolutio de la trasformatio qui se déroule, o mesure, avec u dispositif adapté, la pressio p du gaz das le ballo O églige la quatité de dioxygèe dissoute das l eau par rapport à la quatité de dioxygèe produite La température est maiteue costate et le volume occupé par le gaz das le ballo est costat : 96 K et 75 ml t (mi,, 3, 4, 5, 8,, 3, 45 5 p(t ( Pa La verrerie mise à dispositio est e partie la suivate : - fioles jaugées de 5 ml, ml, ml, 5 ml, 5 ml ;

3 - pipettes jaugées de 5 ml, ml, ml, 5 ml ; - pipettes graduées de 5 ml, ml, ml, 5 ml ; - éprouvettes graduées de ml, ml, 5 ml, 5 ml 3 Quels matériels, pris das la verrerie mise à dispositio, doit-o utiliser pour préparer S? Cette répose devra être justifiée clairemet Au cours d ue dilutio, il y a coservatio de la quatité de matière Or ( O ( O [ O ] [ O ] avec le volume de la solutio mère à prélever [ ] O [ O ] [ O ] [ O ] 5 5,mL Le matériel à utiliser est : - fioles jaugées de 5 ml - pipettes jaugées de 5 ml ; 3 Avacemet de la réactio 3 O ote : - ( O la quatité iitiale de peroxyde d hydrogèe das le volume de solutio das le ballo ; - i (O la quatité iitiale de dioxygèe préset das le ballo Détermier les expressios littérales à l istat t (et doc pour l avacemet x de : ( O : la quatité de matière de peroxyde d hydrogèe à l istat t (O : la quatité de matière de dioxygèe à l istat t ous réaliserez pour cela u tableau d avacemet ous détermierez ces expressios littérales e foctio de ( O, i (O et x Réactif Produits Etat du système Avacemet (e O (aq Mol de O O (l + O (g Mol de O Mol de O Etat iitial ( O i (O Au cours de la trasformatio ( O - i (O + Etat fial max i (O + max, à l istat t (correspodat à l avacemet x ( O ( O - (O i (O + 3 Calculer la valeur de ( O E déduire la valeur de l avacemet maximal x max O sait que [ O ] 8,4 - L - [ O ] 8,4 - L - Or a itroduit, ml de solutio S das le ballo, ( O [ O ] AN ( O 8,4 - x, -3 ( O,7-3 O e déduit que, comme le peroxyde d hydrogèe est limitat (c est la seul réactif f ( O f ( O ( O - max

4 AN max max ( O 3,7 max 8, E supposat que le dioxygèe O (g est u gaz parfait et que le ballo était rempli de dioxygèe pur au début de l expériece, motrer que l expressio de l avacemet x de la réactio à l istat de date t e foctio de p, p(t, et o est : [ p p( t ] x avec R 8,34 Pam 3 - K - R Calculer x(t à l istat de date t, mi D après l équatio des gaz parfaits : Or p ( O R (O i (O + ( ( O R p i + ( ( O i + p i ( O + p R R R R i ( O p + Or à t ; p p(t et Par idetificatio i ( O p( t R R R p p( t + p p( t R [ p p t ] ( R CQFD AN à la 3 ème miute : p(t 3, 37 Pa et p(t Pa 75 ml 75-6 m 3 [ 37 ], ,34 96 Attetio : a que CS car la soustractio : p-p(t 7 Pa (das ue soustractio ce qui ous importe est le ombre de décimales p-p(t comporte CS 6 33 Exploitatio des résultats À partir des valeurs calculées de l avacemet x, o trace la courbe ci-dessous Elle représete l évolutio, au cours du temps, de l avacemet x de la réactio qui se déroule das le ballo O s aperçoit aisémet que l avacemet évolue très vite au début de la trasformatio, puis de plus e plus letemet 33 Citer le facteur ciétique resposable de l évolutio de la vitesse de la réactio au cours du temps

5 Au fur et à mesure de la trasformatio, les écules de peroxyde d hydrogèe disparaisset la cocetratio e réactif dimiue au cours de trasformatio, ce qui dimiue la vitesse de la réactio 33 Doer les explicatios, d u poit de vu microscopique, de ce facteur ciétique D u poit de vu microscopique, o sait que pour qu il y ait réactio, il faut que les écules (ou ios de réactifs se recotret Or plus la cocetratio e réactifs est élevée, plus le ombre de chocs etre réactifs est élevé, et doc plus le ombre de chocs efficaces etre réactifs est élevé 333 Quel est le deuxième facteur ciétique vu e cours Quelle expériece, complémetaire, auriez-vous pu faire pour le mettre e évidece Le deuxième facteur ciétique vu e cours est la température Plus la température du milieu est élevée, plus la réactio est rapide O aurait pu refaire les mesures e chauffat le ballo coteat l eau oxygéée